Atomi liberi catturati per la prima volta: una nuova frontiera nella fisica quantistica
Per la prima volta, gli atomi liberi, che vagano senza restrizioni, sono stati catturati in fotografia, permettendo ai fisici di osservare più da vicino fenomeni quantistici a lungo previsti. È un po’ come scattare una foto di un raro uccello nel tuo giardino, dopo aver sentito solo racconti della sua presenza e aver visto il cibo nella mangiatoia diminuire ogni giorno. Ma invece di birdwatching, stiamo parlando di fisica quantistica.
Un team di ricercatori statunitensi ha sviluppato un sistema di “microscopia a risoluzione atomica” che consente di osservare gli atomi in un modo completamente nuovo. Gli atomi vengono prima messi in una nube contenuta, dove possono muoversi liberamente. Successivamente, la luce laser li congela in posizione per poterli registrare.
Questa innovativa tecnica ha permesso al team di congelare gli atomi per scattare una “istantanea” di essi. “Siamo in grado di vedere singoli atomi in queste affascinanti nubi e osservare come interagiscono tra loro, il che è meraviglioso”, afferma il fisico Martin Zwierlein del Massachusetts Institute of Technology (MIT).
La capacità di catturare questi atomi mentre interagiscono apre nuove opportunità per studiare la materia su scala microscopica, nel regno quantistico. I ricercatori hanno già esaminato più da vicino diversi schemi atomici rari, tra cui lo stato noto come condensato di Bose-Einstein, composto da bosoni e fermioni che si accoppiano.
Un altro esempio significativo è la cattura diretta di un’immagine di un’onda di de Broglie, in cui i bosoni si raggruppano. Questa teoria, che prende il nome dal fisico francese Louis de Broglie, è in parte responsabile delle origini della fisica moderna.
Nonostante questi scenari siano stati studiati in passato, ora possono essere analizzati in modo più dettagliato, offrendo agli scienziati l’opportunità di effettuare misurazioni e osservazioni precedentemente impossibili, fino al livello dei singoli atomi. “Le tecniche esistenti ti permettono di vedere la forma e la struttura complessiva di una nube di atomi, ma non i singoli atomi stessi”, spiega Zwierlein. “È come vedere una nuvola nel cielo, ma non le singole molecole d’acqua che la compongono.”
Monitorare e tracciare gli atomi è incredibilmente complesso. Queste particelle sono grandi solo un decimo di nanometro, circa un milionesimo della larghezza di un capello umano, il che richiede configurazioni di imaging complesse.
Ora che i ricercatori hanno dimostrato l’efficacia di questo nuovo approccio, intendono utilizzarlo per indagare altri tipi di interazioni e comportamenti atomici. Di particolare interesse sono gli scenari più rari e meno studiati, con la fisica quantistica di Hall – dove gli elettroni hanno interazioni insolite con i campi magnetici – in cima alla lista delle priorità.
“Quando vedi immagini come queste, stai osservando in una fotografia un oggetto scoperto nel mondo matematico”, afferma il fisico del MIT Richard Fletcher. “È un promemoria molto bello che la fisica riguarda la comprensione del mondo fisico attraverso la matematica e l’osservazione diretta.”
Fonte: Science Alert
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